JPH0417838B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、海図上に設定した予定航路に従つて
自動航行させる自動操船装置に関し、特に設定航
路を線制御と点制御の組合わせによつて保持する
ようにした自動操船装置に関する。

（従来技術） 従来、大多数の船舶はオートパイロツトとして
知られた自動操船装置によつて航行している。即
ち、海図上の予定航路に基づいて自船のに針路
（方位）をオートパイロツトに設定してやると、
この設定針路を常に保ように自動操船が行なわれ
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のオートパイロツトにあつ
ては、針路を保持する機能はあるものの、予定航
路に沿つて船位を保持する機能はなく、乗員が海
図上で予定航路からのズレを求め、予定航路に戻
るようにオートパイロツトの設定針路を決めるよ
うにしている。

このため、領海パトロール、海難事故の救助活
動、更には漁業水域での操業のように比較的複雑
で且つ緻密な航路設定を行なう場合、針路保持の
機能しかもたない従来のオートパイロツトを使用
することは困難であり、船位位置に基づいた乗員
の判断による操船に依存している。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような従来の問題点に鑑みてな
されたもので、針路保持および船位保持の両方の
機能をもたせることにより予定航路に沿つて正確
に自動航行することののできる自動操船装置を提
供することを目的とし、特に予定航路に沿つた航
路保持を点制御と線制御の切換えにより行なつて
予定航路からのズレを最小限に押えるようにした
自動操船装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明にあつては、予
定航路の中の２つの変針点を結んだ直線及びその
延長線を制御線とし、この制御線と自船位置との
航路誤差に基づいて計算した予定航路へ向かう線
制御針路を保持する線制御手段と、次の変針点と
自船位置とを結んだ直線及びその延長線を制御線
とし、この制御線で与えられる点制御針路を保持
する点制御手段とを有し、点制御と線制御との切
換は、予定航路に対する点線制御針路及び点制御
針路との偏角の大小に基づいて行なう。

即ち、点制御の偏角が線制御の偏角より大きい
時には点制御に切換え、逆に点制御の偏角が線制
御の偏角より小さい時には線制御に切換え、この
制御方式の切換により予定航路に対するズレを最
小限に保つようにしたものである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示したブロツク図
である。

まず構成を説明すると、１は線制御部であり、
予め設定された予定航路データから与えられる２
つの変針点を結んだ直線及びその延長線を航路保
持のための制御線とし、この制御線と自船位置と
の航路誤差に基づいて計算した予定航路へ向う線
制御針路θlを出力する。

２は点制御部であり、予定航路データとして与
えられる次の変針点と船位データによる自船位置
を結んだ直線及びその延長線を航路保持のための
制御線とし、この制御線で与えられる点制御針路
θpを出力する。

３ａ，３ｂは線制御と点制御を切換えるための
切換スイツチであり、切換制御は偏角検出部４と
コンパレータ５によつて行なわれる。

偏角検出部４には、線制御部１の出力、即ち線
制御針路θlと点制御部２の出力、即ち点制御針路
θp、更に予め設定した予定航路に基づく予定針
路θoが与えられており。予定針路θoに対する線
制御針路θl及び点制御針路θpの偏角Δθ，Δθpを検
出して出力する。

コンパレータ５は偏角検出部４で求められた偏
角ΔθとΔθpの大小を比較判別しており、 Δθl≧Δθp；Ｈレベル Δθl＜Δθp；Ｌレベル となる出力を生ずる。コンパレータ５の出力は直
接切換スイツチ３ａに与えられると共に、インバ
ータ６で反転されて切換スイツチ３ｂに与えられ
ており、比較器５のＨレベル出力で切換スイツチ
３ａがオンして線制御部１の出力する線制御針路
θlを後の説明で明らかにする自動操舵装置に指令
舵角として出力し、この時、切換スイツチ３ｂは
インバータ６のＬレベル出力でオフとなつてい
る。逆にコンパレータ５がＬレベル出力を生じた
時には切換スイツチ３ｂがオンとなつて点制御部
２より出力する点制御針路θpを指令舵角として
出力する。

要約すると、点制御の偏角Δθpが線制御の偏角
Δθlより大きい時には、点制御に切換えられ、逆
に点制御の偏角Δθpが線制御の偏角Δθlより小さ
い時には、線制御に切換えることになる。

次に第１図の実施例に於ける線制御部１及び点
制御部２に於ける各制御原理を説明する。

第２図は予定航路に対する線制御による航路保
持を示した説明図である。

今、仮に自船７が変針点ＡとＢの間を航行した
場合を例にとると、まず予定航路８は２つの変針
点ＡとＢを結んだ直線となる。線制御に於いて
は、この変針点ＡとＢを結んだ予定航路８を制御
目標としての制御線と定義し、自船７の船位を予
定航路８で与えられる制御線に向わせる様に針路
を制御する。尚、線制御に於ける制御線は変針点
ＡとＢを結んだ直線及びその延長線を含むもので
ある。

従つて、線制御に於いては２つの変針点ＡとＢ
を結んだ直線及びその延長線で与えられる制御線
に対し、自船７を向わせる線制御針路θlを求める
こととなり、この線制御針路θlは自船７の制御線
に対する航路誤差Δl、潮流や風による外力Ｆ及
び速力の各要素を取入れた計算から求める。

換言するならば、線制御による航路保持は航路
誤差Δlや外力Ｆがある時に、船首方位を予定航
路８の予定針路θlからずらして、制御線としての
予定航路８に戻る力を発生させることで行ない、
制御線としての予定航路８に対する線制御針路θl
の設定による方位のずれ量を修正針路角Δθlと定
義する。この修正針路角Δθlは予定針路θoに対す
る線制御針路θlの偏角を与える。

この様な線制御に於ける修正針路角、即ち偏角
Δθlは外力Ｆに対して自船７が流されない様にす
るための成分Δθ１と、予定航路８から外れた時
に予定航路８に引き戻すための成分Δθ２とに分
けることができる。

ここで外力Ｆの大きさは航路誤差Δlの変化量
から推定することができる。即ち、航路誤差の変
化量が大きい時には外力Ｆも大きく、航路誤差の
変化量が少ない程、外力Ｆが小さい関係にある。
この関係から外力Ｆの大きさが推定されると、外
力に対して自船が流されない様にするための成分
Δθ１が求まる。

一方、予定航路に引き戻す成分Δθ２は、航路
誤差Δlに比例する関係にあり、航路誤差θlから一
義的に定まる。

更に速力が大きい時には僅かな修正針路角でも
大きな力を発生することができるので、いずれの
成分Δθ１，Δθ２についても速力に反比例する値
とする。

第３図は本発明に於ける点制御による航路保持
も原理を示した説明図である。

即ち、点制御は自船７の現在位置と次の変針点
Ｂを結んだ直線及びその延長線を制御線とし、こ
の制御線で与えられる点制御針路θpとなる様に
航路保持を行なう。換言するならば、点制御は予
定航路８からずれた時に直接次の変針点Ｂに船首
方位を向ける航路保持制御となる。また、点制御
針路θpの予定針路θoに対する方位のズレが偏角
Δθpとなる。

次に第４図のフローチヤートを参照して線制御
と点制御の切換えによる航路の保持制御を説明す
る。

まずブロツク１０に於いて、線制御による指令
針路θlと点制御による指令針路θpのそれぞれを計
算する。続いてブロツク１１で予定航路との偏角
Δθl，Δθpを計算し、次の判別ブロツク１２でそ
の偏角の大小判別を行なう。この偏角の比較判別
で点制御の偏角Δθpが大きければ、ブロツク１３
に進み、点制御による航路保持、即ち次の変針点
へ直接向う点制御針路θpを指令舵角とした操船
制御を行う。一方、線制御の偏角Δθlが大きい時
には、ブロツク１４に進んで線制御で航路保持を
行なう。即ち、予定航路８に対する自船７の航路
誤差Δlを検出し、航路誤差Δlの変化量から外力
Ｆを推定して修正針路角Δθlを与える成分Δθ１を
求め、また航路誤差Δlに比例した予定航路８に
自船７を引き戻す成分Δθ２を求め、更に速力に
よる補正計算を施して両成分Δθ１，Δθ２から修
正針路角Δθlを与える線制御針路θを発生し、こ
の線制御針路θlを取ることで予定航路８に戻る針
路保持を行なう。

第５図は第４図のフローチヤートに示した線制
御と点制御の切換方式を採用した時の航路保持の
説明図であり、この場合点制御針路θpの偏角θp
に対し、線制御針路θpの偏角Δθlが大きいことか
ら、線制御針路θpが指令針路として選択される。

一方、点制御の選択は、自船７が次の変針点Ｂ
により近付いた時に行なわれる様になる。即ち、
予定航路８に対する自船７の航路差が同じであつ
たとすると、次の変針点Ｂに近付いても線制御針
路θpは一定である。しかし、点制御針路θpの偏
角Δθpは変針点Ｂに近付く程増加し、ある位置に
於いて偏角Δθpが偏角Δθlより大きくなつて点制
御への切換えが行なわれる様になる。勿論、変針
点ＡとＢの途中に於いても、両針路の偏角による
切換条件が成立すれば、線制御から点制御、また
は点制御から線制御への切換えが適宜に行われ
る。

第６図は第１図の実施例に示した線制御と点制
御の切換方式を持つ航路の保持制御手段を備えた
自動操船装置のシステム構成を示したブロツク図
である。

まず構成を説明すると、１５は船首方位を検出
するジヤイロコンパス、１６は速力を検出する音
波ログ、１７は船位を検出するロラン受信機、更
に１８は同じく船位を検出する航行衛星受信装置
である。ジヤイロコンパス１５、音波ログ１６、
ロラン受信機、１７及び航行衛星受信装置１８の
検出データはコントロールユニツト２０に与えら
れる。コントロールユニツト２０には予定航路設
定部２１、船位計算部２２、及び第１図の機能を
備えた保持制御部２３が設けられ、具体的にはマ
イクロコンピユータのプログラム制御により実現
される。コントロールユニツト２２は外部装置と
してカラーグラフイツクデイスプレイ２３、デー
タデイスプレイ２４及び警報表示器２５が接続し
ている。カラーグラフイツクデイスプレイ２３
は、予定航路設定部２１に設定した複数の変針点
を順次結んだ直線で与えられる予定航路を海岸線
や緯度経度を表した海図と共に表示する。また予
定航路に沿つた自船の航行軌跡も合せて表示す
る。更に海図に重ね合せてレーダ映像を表示して
も良い。データデイスプレイ２４には、設定した
予定航路に於ける変針点を示す緯度経度の数値デ
ータが表示される。

コントロールユニツト２０の保持制御部２３か
らは線制御による指令針路θl、または線制御によ
る指令針路θpが自動操舵装置２６に出力される。
自動操舵装置地２６は、公知の様にPID制御器２
６ａ、ラダーサーボ増幅器２６ｂ及びパワーユニ
ツト２６ｃを備え、コントロールユニツト２０か
らの指令針路、即ち指令舵角とジヤイロコンパス
１５からの船首方位との偏差をPID制御器２６ａ
に与え、またPID制御器２６ａからの命令舵角と
パワーユニツト２６ｃからの実舵角との偏差をラ
ダーサーボ増幅器２６ｂに与える様にしている。
自動操舵装置２６の出力は舵取機２７に与えられ
舵取機２７の駆動による船体２８の動きを作り出
す。

第７図は第６図のシステム構成による自動航行
の制御処理を示したフローチヤートである。

まずブロツク３０で予定航路を設定する。この
予定航路の設定はカラーグラフイツクデイスプレ
イ２３に対象となる海域の海図を表示し、画面を
見ながら予定航路の変針点のデータを入力するこ
とで設定することができる。

予定航路の設定が終了すると、判別ブロツク３
１で自動航行開始の有無をチエツクしており、乗
員が自動航行への切換操作を行なうと、ブロツク
３２以降の自動航行処理が開始される。

この自動航行処理はブロツク３２に於いて、ま
ず線制御による航路保持を一定のタイムサイク
ル、例えば４分毎に行なつて予定航路に向う線制
御針路θlを出力し、線制御の指令針路を出力する
毎に次の判別ブロツク３３で次の変針点の接近ラ
イン通過をチエツクする。変針点接近ラインは、
次の変針点に到達する一定時間前の位置、例えば
３分前の位置であり、（速力×３分）で変針点接
近ラインが設定されており、この変針点接近ライ
ンへの到達の有無をチエツクする。

変針点接近ライン通過が判別されるとブロツク
３４に進んで変針点接近警報を出力し、乗員に次
の変針点に近付いたことを知らせる。

変針点接近警報の出力が行なわれると次のブロ
ツク３５に進んで本発明による線制御と点制御の
切換えによる航路保持が開始される。このため、
変針点接近ラインを通過しても直ちにそれまでの
線制御から点制御に切換わつてしまうことがな
く、点制御による偏角Δθpが線制御による偏角
Δθより大きくなつた時に点制御に切換えて変針
点へ自船を直進させる針路を取る。

具体的に説明すると、もし変針点接近ラインの
通過を判別した時に、単純にそれまでの線制御か
ら点制御に切換えたとすると、点制御については
線制御の様に潮流や風による外力の影響が考慮さ
れていないため、予定航路から大きく外に膨らん
で変針点に向う様になり、変針点への到達に時間
遅れを生ずる。しかし本発明にあつては、偏角の
大小により線制御から点制御への切換えを行なつ
ているため、点制御に切換えても線制御より望ま
しい航路をとつて確実に変針点へ向うことが可能
となる。

変針点への到達は判別ブロツク３６でチエツク
されており、変針点に到達すると次の判別ブロツ
ク３７で変針点接近警報の確認が成されたか否か
をチエツクする。乗員による変針点接近警報の確
認が行なわれれば、次の判別ブロツク３８で目的
地への到達か否かをチエツクし、目的地でなけれ
ばブロツク３９に進んで変針点を過ぎた次の変針
点との間の直線で与えられる新たな予定航路へ向
つての自動変針制御を行ない、再びブロツク３２
に戻つて線制御による航路保持を行なう。

一方、変針点接近警報の確認動作が行なわれな
かつたり、目的地に到達した場合には、ブロツク
４０に進んで自動航行不能警報を出力し、ブロツ
ク４１で自動航行を止めて直進状態に保ち、手動
操船可能状態とする。

尚、第７図のフローチヤートでは変針点接近警
報が出された後に線制御と点制御の切換えを行な
つているが、変針点接近以前の状態で線制御と点
制御の切換えによる航路保持を行なつても良い。

（発明の効果） 以上説明してきた様に本発明によれば、線制御
と点制御による２つの航路保持の制御方式を持
ち、線制御により得られた指令針路の予定針路に
対する偏角が点制御による指令針路の偏角より大
きい時には線制御に切換えて予定航路に沿つた自
動航行のための操船制御を行ない、一方、変針点
接近等により点制御の偏角の方が大きくなつた時
には、点制御に切換えて直接変針点へ向う指令針
路を取る様にしたため、変針点に近付くまでは線
制御による外力の影響を考慮して予定航路を目標
位置とした位置制御により予定航路に沿つた航路
保持を行なうことができ、変針点に近付いた時の
点制御への切換えで変針点へ向う最短コースを取
ることができ、予め設定した予定航路に沿つた自
動航行につき航路誤差の少ない正確な航路保持を
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示したブロツク
図、第２図は線制御の原理説明図、第３図は点制
御の原理説明図、第４図は第１図の実施例の制御
処理を示したフローチヤート、第５図は線制御と
点制御の切換状態を示した説明図、第６図は本発
明の航路保持制御を備えた自動操船システムのブ
ロツク図、第７図は第６図のシステムによる制御
処理を示したフローチヤートである。 １……線制御部、２……点制御部、３ａ，３ｂ
……切換スイツチ、４……偏角検出部、５……コ
ンパレータ、６……インバータ、７……自船、８
……予定航路、１５……ジヤイロコンパス、１６
……音波ログ、１７……ロラン受信機、１８……
航行衛星受信装置、２０……コントロールユニツ
ト、２１……予定航路設定部、２２……船位計算
部、２３……保持制御部、２３……カラーグラフ
イツクデイスプレイ、２４……データデイスプレ
イ、２５……警報表示器、２６……自動操舵装
置、２６ａ……PID制御器、２６ｂ……ラダーサ
ーボ増幅器、２６ｃ……パワーユニツト、２７…
…舵取機、２８……船体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予め設定した予定航路に沿つて自動航行する
   ように操船制御する自動操船装置に於いて、 予定航路の中の２つの変針点を結んだ直線及び
   その延長線を制御線とし、該制御線と自船位置と
   の航路誤差に基づいて計算した予定航路へ向かう
   線制御針路を保持する線制御手段と、 次の変針点と自船位置を結んだ直線及びその延
   長線を制御線とし、該制御線で与えられる点制御
   針路を保持する点制御手段と、 前記線制御針路および点制御針路のそれぞれと
   予定航路との偏角を検出し、点制御の偏角が線制
   御の偏角より大きい時には前記点制御に切換え、
   点制御の偏角が線制御の偏角より小さい時には前
   記線制御に切換える切換手段とを備えたことを特
   徴とする自動操船装置。